[發明專利]磁性吸附劑、用于制備磁性吸附劑的方法和從流體流中除去污染物的方法

無效

• 申請號: 201380031297.1
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN104812464A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 大衛·W·馬齊克;海瑟爾·伯恩;阿米娜·可汗
• 申請（專利權）人: 卡本科斯特集團有限公司
• 主分類號: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 鄭斌;彭鯤鵬

背景技術

在目前被EPA管控的眾多有害的空氣污染物(hazardous?air?pollutant，HAP)中，汞和含汞化合物由于升高的釋放率和缺少適當的控制技術而成為重點關注源。盡管在環境中的產生量通常較低，但是汞可轉移到多種生物體中，然后通過食物鏈放大。例如，在一些魚中，累積的汞濃度可達到比水中高幾百萬倍的水平。人們消費這些魚，致使汞在多種組織中積累，可造成嚴重的神經和發育影響，例如喪失感覺或認知能力、震顫、無法行走、驚厥乃至死亡。甲基汞是最常見形式的有機汞，其幾乎完全被吸收到血流中，并且可通過胎盤轉移到胎兒的所有組織中，包括腦中。由于與食用受汞污染的魚有關的健康關注，一些地區如美國五大湖的禁止捕魚已造成了相當大的經濟損失。

EPA估計近87％的人為汞排放來自來源例如廢物(如在廢物轉能設備中)和化石燃料的燃燒(如在燃煤發電場中)。認識到這一點，已經使用控制技術來試圖捕獲和處理存在于燃燒廢氣中的汞。目前，將粉狀活性炭(Powdered?Activated?Carbon，PAC)注入到煙道氣流中被證明是用于汞除去的最好的控制技術。當基于Mercury?and?Air?Toxics?Standards的用于汞除去的法規于2015年實施時，據Freedonia估計，對用于捕獲汞的粉狀活性炭的需求預期將達到約260,000噸每年。增加的實施將對受管控的設施造成很大的經濟負擔。目前，已表明溴化活性炭具有最高的每磅產品汞除去率。但是，這些產品具有更高的邊際成本(cost?margin)，因此將增加經濟影響，并且可能對工廠設備造成腐蝕。此外，PAC通常低的汞吸附效率和缺少適當的再生技術已經激起了改進材料以降低成本或提高性能的興趣。

使用PCA注入系統的另一個缺點是廢PAC在粉煤灰中的積累。粉煤灰，煤燃燒副產品(Coal?Combustion?Byproduct，CCB)(即，不燃性無機物和未燃的碳)的細小顆粒部分，被從煙道氣中收集，然后通常被出售，用于在混凝土和其他材料的生產中有益地再利用。用粉煤灰代替建筑材料中通常使用的石灰、水泥或碎石材料可節約能源和資源，同時提供了對廢物的填埋處理的替代選擇。但是，當通常的粉煤灰收集設備與PAC注入系統結合時，由于灰中很大部分的碳，使收集的粉煤灰的質量下降。這種粉煤灰不能再次出售用于有益地再利用，而必須填埋。對于分離技術的最新研究還沒有發現從粉煤灰中分離PAC的合適方法。因此，期望可容易地從粉煤灰中分離PAC的方法。這樣的方法將(a)保持用于隨后出售和再利用的粉煤灰的質量，以及(b)允許將PAC再次用于另外的汞捕獲。

美國專利No.7,879,136教導了一種通過借助濕式沉淀法產生的磁性活性炭來從粉煤灰中回收PAC的方法。該方法與美國專利2,479,930、6,914,034和8,097,185B2類似，后者也教導了使用鐵前體制備磁性活性炭的方法。另外一些文獻如下產生磁性吸附劑：使用粘合劑使吸附劑與磁性材料組合(美國專利No.7,429,330)，將吸附劑與磁性材料混合(美國專利No.4,260,523)或將磁性材料與有機材料混合然后活化(美國專利4,260,523、4,201,831和7,429,330)。

盡管所參考專利描述的方法均能很好地用于實驗室規模的應用，但是其也對全規模生產帶來了挑戰，包括但不限于高能源成本。因此，干式生產方法是磁性活性炭技術轉向全規模的關鍵。美國專利No.8,057,576(“′576專利”)已經教導了使用物理方法來產生用于汞捕獲的共混產品。該產品是吸附材料和與汞形成絡合物或使汞氧化或二者皆有的添加劑的混合物。所述添加劑不是植入到吸附劑表面上。

這一點通過以下事實來凸顯，該專利的一個實施方案教導將吸附劑和添加劑分別注入到煙道氣中。′576專利的發明不包括磁性添加劑，因此產品不能通過磁性從粉煤灰中回收。

發明內容

通過借助干式生產方法將磁性添加劑物理地植入到吸附劑上，可大規模地產生用于汞捕獲之吸附劑的成本效益的方法。

本文公開了制備磁性吸附劑的方法，使用磁性吸附劑從流體流中除去污染物的方法以及使用后磁性吸附劑的回收。

更具體地，提供了磁性吸附劑，其具有用于從煤燃燒設備的煙道氣中捕獲汞的足夠的氧化力、親和力和表面積。該材料還可用于捕獲其他目標污染物，例如砷和硒。然后可將所述磁性吸附劑從煤燃燒粉煤灰中回收，并且再注入到煙道氣中用于另外的汞捕獲。